面向農業物聯網的無線傳感器網絡綜述

蘇曉軍

（寧夏大學物理與電子電氣工程學院寧夏銀川750021）

面向農業物聯網的無線傳感器網絡綜述

蘇曉軍

（寧夏大學物理與電子電氣工程學院寧夏銀川750021）

本文在結合了國內外研究的基礎上，從技術到應用各方面論述了無線傳感器網絡與農業物聯網之間的關系。從而得出了農業物聯網與無線傳感器網絡之間的實際應用關系。本文還論述了農業物聯網中所采用的農作物信息采集節點、采集節點之間的網絡連通方式及通信協議等關鍵性技術，基于無線傳感器網絡提出了在農業環境監控系統應用的結構。本文還給出了現階段無線傳感器網絡存在的不足和將來的發展方向。

無線傳感器網絡；農業物聯網；信息采集系統

1 引言

無線傳感器網絡（WSN）具有自組網、規模大、可靠性高、低傳輸延時、低功耗、低成本等顯著優點，因此得到了國內外相關行業的大力關注。目前WSN已被充分用于工業、軍事、智能家居、醫療、農業、環境保護等各個領域。

2 無線傳感器網絡的組成結構

雖然針對具體應用，可以為基于WSN的農業物聯網系統配置特定的體系結構，但是本質上，WSN在實時監測大田中的各種環境時應用結構如圖1所示。

圖1 基于無線傳感網絡的農業環境監控系統的基本結構

在WSN的內部，每個節點既可以作為信息流的發送者或者接受者甚至可以作為路由。傳感器節點所探測到的信息經過多跳的形式轉發，將其傳送給網關，最終將信息發送給用戶。如果傳輸距離比較遠則借助廣域網進行互聯，其中，網關就是傳感器感知網和廣域網之間的橋梁。

3 無線傳感器網絡的關鍵技術

3.1 信息采集系統

不同的建模方法將會使得WSN具有不同的特點。基于簇樹結構的建模一般是為WSN在農業服務所建立的。簇樹結構的建模是一個十分靈活的框架，同時此模型將WSN的節點和功能分層了，這也就導致了簇頭的節點會傳輸大量的數據流，這就導致能耗非常大，因此，不適用于隨機分布并且是動態的WSN。因此一般根據不同的農業物聯網要求，建立不用的網絡模型。

在滿足以上要求的同時，由于WSN的能耗要很低，同時其無線傳輸的距離也是很短的特點，因此WSN的存儲一般是在網絡外部存儲。

3.2 網絡服務

3.2.1 時間同步

由于之前無線網是不考慮能量節約的故其時間同步算法一般是只考慮將同步誤差做到最小。現如今在農業物聯網由于能量有限故一般采用基于接收端-接收端的同步算法、基于發送端-接收端的單向同步算法和雙向同步算法相互融合的方法。

3.2.2 網絡節點定位及網絡拓撲

網絡節點定位是為了幫助用戶找到所控制的區域，當前定位技術主要有兩種：①基于測距離的定位算法，此算法的定位精度高，但是用此類算法時對WSN的硬件設備的要求很高。②非測距定位算法。此算法的優缺點正好和基于測距定位算法相反。

WSN拓撲控制方法主要可以分為兩類：層次型拓撲控制和功率控制。層次型拓撲是選擇其中一部分節點當做簇頭節點，由簇頭節點形成數據轉發和處理的傳輸體系。功率控制通過調整無線網絡中所有節點的發射功率，均衡節點數量和網絡能耗。

3.2.3 網絡安全

WSN由于是撒在野外并且節點容易被損壞，甚至節點能量消耗完畢后將被報廢。同時也由于每個節點可以隨意移動，并且這些節點可以互相為路由這就導致了傳統網絡中的安全機制不適用于WSN。

4 無線傳感器網絡在農業物聯網中應用存在問題及發展方向

4.1 感知問題及發展方向

目前，農業中應用的傳感器種類有限，主要集中在空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤電導率、光照度、二氧化碳濃度等，不能感知生物生長所需的全部環境信息。

今后的發展方向將是全面感知，WSN作為農業物聯網的基層，承擔著全部農業的信息感知，是農業物聯網的核心。

4.2 傳感器的即插即用問題及發展方向

WSN使得農業物聯網智能化程度不斷提高，所用到的傳感器越來越多，而不同廠家的傳感器之間兼容性很不好。無法實現傳感器在WSN中的即插即用，從而影響WSN在監測農業環境中的應用。

今后的發展方向將是設計專用的傳感器節點，此節點可以包容各種類型傳感器，并對其進行統一化從而實現信息傳遞。

4.3 控制軟件問題及發展方向

現如今研究農業物聯網的各個團隊基本上都有自己的一套控制軟件，且界面、功能上都不盡相同。軟件的使用者一般是農民，沒有經過專業的培訓，不了解軟件編輯者的意圖，這就導致了難以滿足農業生產者的需求。

今后發展方向：優化軟件的設計，校正傳感器數據，并實現數據融合分析技術。實現一個比較友好智能的人機互動界面。

5 結論

自從溫總理在2009年視察無錫時提出的“感知中國”的理念，物聯網就在中國引起了高度重視，這就使得WSN在中國得到了快速的發展。同時基于WSN的物聯網也被評為可以改變世界核心的力量，是未來世界發展的一個重要指標。故發展WSN具有很重要的應用前景和社會意義。

[1]鐘鋼.國內外溫室發展歷程、現狀及趨勢[J].農業科技與裝備，2013，09：68～69.

[2]劉民靜.基于ZigBee無線傳感器網絡的作物生長環境監控系統[D].濟南大學，2014.

TP212.9

A

1004-7344（2016）28-0278-01

2016-9-16

蘇曉軍（1988-），男，河北石家莊人，在讀研究生，主要從事農業物聯網研究工作。